【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于航空航天與船舶的，具體涉及新型重載冗余驅動模擬器及其控制方法。
技術介紹
1、重載模擬器在航空航天與船舶等領域有著廣泛應用，為重型空天與海工裝備的研發提供運動模擬測試平臺，具有承載大、運動范圍大、響應帶寬高的要求，是最具挑戰性的一類并聯機構裝備。
2、在公告號為cn110588882b的專利文獻公開了一種重載橫搖模擬平臺試驗裝置，試驗裝置采用底端固定、上端可轉動結構形式。平臺承載能力較強，但平臺運動自由度有限，僅支持橫搖運動模擬。
3、在公告號為cn107123355b的專利文獻中公開了一種帶負載平衡裝置的六自由度雙并聯式重型搖擺臺，三個負載平衡裝置增加了承載平臺的支撐點，可減輕驅動分支的驅動負載，提高搖擺平臺的承載能力。但其負載平衡裝置支撐點位于驅動分支的內側，極端角度與位置下平衡卸載能力較弱，承載平臺支持面積有限。
4、綜上，現有重載模擬器技術有以下不足：承載能力與運動范圍有限，隨著現代重型裝備的發展，傳統的重載模擬器難以滿足更高負載、更大空間運動、更高模擬精度以及易于防護的需求；平衡卸載機構構型存在缺陷，現有帶卸載裝置的模擬器無法滿足較大承載平臺面積的需求，在極端位姿下的平衡卸載能力較弱；平衡卸載控制算法復雜，現有重載模擬器的平衡卸載機構構型較為復雜，進而導致平衡卸載控制算法難以實現。
5、因此，需要提出一種新的技術方案以改善上述技術問題。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提供一種新型重載冗余驅動模
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、一種新型重載冗余驅動模擬器，包括：基座、六個驅動支鏈、四個滑軌立柱、四個平衡支鏈、承載平臺和控制系統；
4、所述基座與地面固定連接；
5、每個所述驅動支鏈的下端通過驅動支鏈萬向鉸與基座連接，上端通過驅動支鏈球鉸與承載平臺連接，且相鄰兩個驅動支鏈萬向鉸為一組，多組驅動支鏈萬向鉸均勻布置在基座上表面，與驅動支鏈萬向鉸組合不同的相鄰兩個驅動支鏈球鉸為一組，多組驅動支鏈球鉸均勻布置在承載平臺下表面；
6、四個所述滑軌立柱均勻地布置在地面形成的矩形的四個頂點處，并且位于基座的外側，每個滑軌立柱上設置有滑塊；
7、每個所述平衡支鏈的一端通過平衡支鏈萬向鉸與對應的滑塊連接，另一端通過平衡支鏈球鉸與承載平臺并聯連接；
8、所述驅動支鏈安裝有第一力傳感器、位移傳感器，用于實時檢測驅動支鏈的伸縮狀態和受力情況；
9、所述平衡支鏈安裝有第二力傳感器，用于實時檢測平衡支鏈的受力情況；
10、所述控制系統基于分布式力感知的冗余驅動控制方法，實時采集驅動支鏈和平衡支鏈的受力情況，以及驅動支鏈的伸縮狀態，控制驅動支鏈進行位置控制，并反算平臺承載力，控制平衡支鏈進行力跟隨控制，對承載平臺上負載進行平衡卸載。
11、優選地，所述驅動支鏈包括相互連接的伸縮桿、第一驅動缸，第一驅動缸缸體內部安裝有第一力傳感器，伸縮桿與第一驅動缸缸體的連接處安裝有位移傳感器。
12、優選地，所述滑軌立柱與滑塊之間設置有導軌。
13、優選地，所述平衡支鏈的直線位移驅動器位于滑軌立柱內部，所述直線位移驅動器包括相互連接的第二驅動缸伸縮桿與第二驅動缸缸體，所述第二驅動缸伸縮桿與滑塊下端面連接，第二驅動缸缸體下部與地面固定連接，第二驅動缸缸體內部安裝有第二力傳感器；所述平衡支鏈的剛性連桿下端與滑塊連接，上端通過平衡支鏈球鉸與承載平臺連接。
14、優選地，所述控制系統還包括數據采集系統和伺服驅動系統，所述數據采集系統采集電流、關節角度、驅動位移變量，所述伺服驅動系統負驅動模擬器的運動。
15、優選地，所述基座與地面之間的連接方式采用高強度螺栓連接或焊接連接。
16、另一方面，本專利技術還提供一種新型重載冗余驅動模擬器的控制方法，所述方法應用上述中的新型重載冗余驅動模擬器，所述方法包括如下步驟：
17、采集數據：通過驅動支鏈的位移傳感器和第一力傳感器實時采集驅動支鏈的位移和受力情況，通過平衡支鏈的第二力傳感器實時采集平衡支鏈的受力情況；
18、運動學解算：根據采集到的驅動支鏈的位移數據，采用位置反饋控制方法，計算并控制六個驅動支鏈達到目標位置，以及承載平臺到達目標位置與姿態；
19、動力學解算：根據采集到的驅動支鏈和平衡支鏈的受力數據，采用基于分布式力感知的冗余驅動控制方法，反算出承載平臺的承載力；
20、平衡卸載控制：根據承載平臺的承載力，計算平衡支鏈需要提供的目標力與力矩，并控制平衡支鏈實現力跟隨控制，將承載平臺的負重以及運動過程中產生的慣性力與力矩卸載；
21、循環控制：重復上述步驟，直至承載平臺與負載實現連續、穩定的模擬運動，并且確保該運動過程始終符合模擬器的承載能力和運動范圍要求。
22、優選地，所述運動學解算步驟中，位置反饋控制方法采用閉環控制，通過比較目標位置與實際位置之間的差異，調整驅動支鏈的伸縮量，進行位置控制。
23、優選地，所述動力學解算步驟中，分布式力感知的冗余驅動控制方法滿足方程：
24、
25、其中，為所述承載平臺在三個方向上的承載力，為所述承載平臺在三個方向上的承載力矩，為所述六個驅動支鏈的力雅各比矩陣，為所述六個驅動支鏈的受力；根據所述六個驅動支鏈力傳感器測量得到的驅動位移計算得到力雅各比矩陣，再根據所述六個驅動支鏈力傳感器測量得到的驅動支鏈受力，即可計算得到所述承載平臺的承載力與承載力矩，進而為所述平衡支鏈的力跟隨控制提供依據。
26、優選地，所述平衡卸載控制步驟中，力跟隨控制方法采用閉環控制，通過比較目標力與力矩與平衡支鏈實際提供的力與力矩之間的差異，調整平衡支鏈的伸縮量，進行平衡卸載。
27、本專利技術具有如下的有益效果：
28、1、本專利技術采用冗余驅動的技術方案，所述驅動支鏈能夠保障運動模擬的精度，所述平衡支鏈能夠一定程度上對負載裝備運動過程中產生的力和力矩進行平衡卸載，從而提升機構的承載能力、運動范圍和剛度；
29、2、本專利技術采用平衡支鏈分布在驅動支鏈外側的技術方案，能夠有效增大承載平臺的承載面積，同時增強了平臺在極端位姿下的平衡卸載能力；
30、3、本專利技術采用基于分布式力感知的力-位混合控制方法，能夠方便地控制各種位姿下負載的有效平衡卸載，算法簡單易于實現，控制穩定性好。
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1.一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，包括：基座、六個驅動支鏈、四個滑軌立柱、四個平衡支鏈、承載平臺和控制系統；
2.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述驅動支鏈包括相互連接的伸縮桿、第一驅動缸，第一驅動缸缸體內部安裝有第一力傳感器，伸縮桿與第一驅動缸缸體的連接處安裝有位移傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述滑軌立柱與滑塊之間設置有導軌。
4.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述平衡支鏈的直線位移驅動器位于滑軌立柱內部，所述直線位移驅動器包括相互連接的第二驅動缸伸縮桿與第二驅動缸缸體，所述第二驅動缸伸縮桿與滑塊下端面連接，第二驅動缸缸體下部與地面固定連接，第二驅動缸缸體內部安裝有第二力傳感器；所述平衡支鏈的剛性連桿下端與滑塊連接，上端通過平衡支鏈球鉸與承載平臺連接。
5.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述控制系統包括數據采集系統和伺服驅動系統，所述數據采集系統采集電流、關節角度、驅動位移變量，所述伺服
6.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述基座與地面之間的連接方式采用高強度螺栓連接或焊接連接。
7.一種新型重載冗余驅動模擬器的控制方法，其特征在于，所述方法應用如權利要求1-6任一項所述的新型重載冗余驅動模擬器，所述方法包括如下步驟：
8.根據權利要求7所述的新型重載冗余驅動模擬器的控制方法，其特征在于，所述運動學解算步驟中，位置反饋控制方法采用閉環控制，通過比較目標位置與實際位置之間的差異，調整驅動支鏈的伸縮量，進行位置控制。
9.根據權利要求7所述的新型重載冗余驅動模擬器的控制方法，其特征在于，所述動力學解算步驟中，分布式力感知的冗余驅動控制方法滿足方程：
10.根據權利要求7所述的新型重載冗余驅動模擬器的控制方法，其特征在于，所述平衡卸載控制步驟中，力跟隨控制方法采用閉環控制，通過比較目標力與力矩、與平衡支鏈實際提供的力與力矩之間的差異，調整平衡支鏈的伸縮量，進行平衡卸載。
...【技術特征摘要】
1.一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，包括：基座、六個驅動支鏈、四個滑軌立柱、四個平衡支鏈、承載平臺和控制系統；
2.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述驅動支鏈包括相互連接的伸縮桿、第一驅動缸，第一驅動缸缸體內部安裝有第一力傳感器，伸縮桿與第一驅動缸缸體的連接處安裝有位移傳感器。
3.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述滑軌立柱與滑塊之間設置有導軌。
4.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述平衡支鏈的直線位移驅動器位于滑軌立柱內部，所述直線位移驅動器包括相互連接的第二驅動缸伸縮桿與第二驅動缸缸體，所述第二驅動缸伸縮桿與滑塊下端面連接，第二驅動缸缸體下部與地面固定連接，第二驅動缸缸體內部安裝有第二力傳感器；所述平衡支鏈的剛性連桿下端與滑塊連接，上端通過平衡支鏈球鉸與承載平臺連接。
5.根據權利要求1所述的一種新型重載冗余驅動模擬器，其特征在于，所述控制系統包括數據采集系統和伺服驅動系統，所述數據采集系統...
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